Oggi provo a portarvi con me in un viaggio alla scoperta della Prima luce dell’universo.
Di cosa si tratta?
Per comprendere meglio questo articolo dobbiamo partire da un’esperienza comune a tutti: quella del cielo.
Il cielo stellato che ci sovrasta e ci colpisce per la sua vastità, quella moltitudine di stelle che ci riempie gli occhi in una bella notte lontano dalla luci delle città, genera in noi una curiosità innata.
Quel cielo stellato, che affascina da sempre l’umanità, e che vediamo solo in piccola parte era li prima della comparsa dell’uomo, e li rimarrà ancora per un tempo impossibile da definire.
Dove siamo!
Cominciamo col definire una cosa importante. Quando noi guardiamo il cielo, vediamo solo una piccolissima parte di esso. Lo so, detta cosi è una cosa scontata, ma è meglio chiarire da subito.
La luce delle stelle che noi riusciamo a vedere, guardando l’universo ad occhio nudo, ma anche dotandoci di un buon telescopio, è solo quella delle degli astri che appartengono e alla nostra galassia, una delle tante (più di quante si possa immaginare) che popolano il nostro universo.
La nostra Galassia, a cui abbiamo dato il pittoresco nome di “Via Lattea”, è composta da qualcosa come duecento miliardi di stelle. Impressionante vero?
Preparatevi perché è siamo solo all’inizio della nostra ricerca della prima luce dell’universo!
Da dove partire?
Non ho certo intenzione di risvegliare brutti ricordi… ma per poter introdurre l’argomento dobbiamo fare un breve riassunto delle lezioni di fisica.
Vi ricordate a che velocità viaggia la luce? Scommetto di si, ma tanto per dovere di cronaca proviamo a ricordarlo.
La luce viaggia a trecento mila chilometri al secondo. Se consideriamo che la a distanza tra la terra e la luna è di trecento ottantamila chilometri, possiamo stabilire, grosso modo, che la luce impieghi poco più di un secondo per coprire la distanza terra-luna.
Teniamo presente questa considerazione, in quanto ci aiuterà a meglio comprendere i passaggi successivi.
La luce di Sirio
Immaginiamo di trovarci in una di quelle belle sere invernali, magari in montagna, o comunque in un luogo un po’ isolato, nel quale l’inquinamento luminoso sia basso, a guardare l’universo.
Con molta probabilità, una delle stelle che noteremmo senza grossa fatica è Sirio. Un astro la cui luce è molto visibile.
Perché la possiamo vedere cosi bene?, beh semplicemente perché è la stella più vicina al nostro sole, dista infatti “solo” 8,5 anni luce da noi.
La luce partita da Sirio, impiega otto anni e mezzo ad arrivare in prossimità della terra.
La costellazione di Orione
Spostandoci più a a destra di Sirio, troviamo invece la costellazione di Orione, con le sue tre stelle caratteristiche che vanno a formare la famosissima “Cintura di Orione“.
Orione o il Cacciatore (in latino Orion) è forse la costellazione più conosciuta del cielo, grazie alla sua posizione vicino all’equatore celeste.
E ‘composta da nove stelle molto brillanti, che la rendono visibile in molti punti della terra. Occupa ben 594 gradi quadrati della volta celeste ed è, in gran parte, investita dal corso della Via Lattea.
Se prendiamo in esame, Alnilam, la stella centrale della cintura, scopriamo che dista ben 1360 anni luce. Questo vuol dire che la luce che noi vediamo è quella di mille trecentosessanta anni fa.
Le galassie
Tutte queste stelle vivono nella nostra galassia, ma oggi sappiamo che oltre alla nostra ci sono altre galassie.
Ad esempio la galassia di Andromeda, gemella della nostra è anche quella più vicina a noi, si trova a due milioni e mezzo di anni luce.
La luce che noi catturiamo della galassia a spirale di Andromeda, che contiene a sua volta qualcosa come duecento miliardi di stelle è una luce che ha viaggiato per due milioni e mezzo di anni, prima di arrivare a noi.
Immaginate, se qualcuno di noi fosse in questo momento nella galassia di Andromeda, e potesse ipoteticamente guardare in questo momento la nostra galassia…
Provate ad ipotizzare anche che egli sia dotato di un telescopio molto potente, talmente potente da visualizzare il nostro sole, e poi ingrandendo l’immagine, anche la terra, cosa vedrebbe?
Vedrebbe quello che accadeva qui la bellezza di due milioni e mezzo di anni fa.
La luce, che è partita da questo punto dello spazio (dal nostro sole) due milioni e mezzo di anni fa, adesso si trova nei pressi della galassia di Andromeda.
Spazio, tempo e velocità della luce sono legati insieme in modo indissolubile, quando noi descriviamo l’universo, ci rivolgiamo alle dimensioni cosmiche.
Le lunghezze d’onda
Nella nostra disquisizione c’è un altro aspetto da tener presente. Quando noi guardiamo il cielo, vediamo solo un piccolissimo intervallo di luce, solo cioè quella lunghezza d’onda che è visibile ai nostri occhi.
La luce “visibile” è soltanto un piccolissimo spicchio di tutta la manifestazione delle onde di cui la luce è composta, determinato dalla “lunghezza d’onda”.
Quello che noi possiamo vedere, è quel frammento di universo, cosi come appare visto dai nostri occhi, che sono sensibili alla luce soltanto in un piccolo intervallo di lunghezze d’onda.
Se dovessimo dare un unità di misura a questo intervallo, esso sarebbe la frazione di un micron (un milionesimo di metro, o un millesimo di millimetro) è questa infatti la lunghezza d’onda a cui i nostri occhi sono sensibili.
Per esemplificare questo concetto, pensiamo al forno a microonde. Questo tipo di forno, riscalda i cibi mediante la luce, ma noi, quando lo mettiamo in funzione, non vediamo un bagliore, perché i nostri occhi non sono sensibili alla lunghezza d’onda di qualche millimetro, che è quella emessa dalle microonde.
Se cambiassimo la lunghezza d’onda?
Se potessimo guardare il cielo, cambiando la lunghezza d’onda, visualizzando ad esempio, invece che della luce “visibile”, l’infrarosso, avremmo davanti al naso uno spettacolo completamente differente.
Laddove, nello spettro visibile abbiamo uno sfondo completamente nero, intervallato da dei puntini luminosi che sono le stelle, nell’infrarosso vedremmo un cielo molto più luminoso.
Se guardassimo, come abbiamo fatto prima, la regione intorno alla costellazione di Orione, avremmo una grande nube di polvere interstellare, invisibile ai nostri occhi, ma che nell’infrarosso emette luce, emette radiazione.
Oggi, grazie ai progressi della fisica, abbiamo scoperto che le stelle trasmettono luce in tutte le possibili forme d’onda oltre a quella del visibile, lo spettro delle stelle va dal radio all’infrarosso, all’ultra violetto, fino ai raggi X e gamma.
Se potessimo guardare il cielo tenendo conto dello spettro di tutte le forme d’onda scopriremmo che gli spazi di cielo nero, che ad occhio nudo vediamo tra una stella e l’altra, non sono affatto spazi vuoti, ma sono ricchi di materia generata dall’attività delle stelle.
Quanto lontano possiamo andare guardando le stelle?
Abbiamo già parlato della galassia di Andromeda, che dista due milioni e mezzo di anni luce. Ma è possibile guardare più lontano?
Qui ci viene in aiuto l’Hubble Space Telescope, il telescopio spaziale lanciato in bassa orbita terrestre nel 1990 e attualmente operativo.
Nel corso della sua ormai lunga carriera, Hubble ha scattato migliaia di fotografie del “cielo” visto da un punto al di fuori della terra. Tra le tante ed importantissime immagini che il telescopio ha immortalato, ce n’è una particolarmente significativa.
Tanto importante che gli astrofisici le hanno perfino dato un nome “Hubble Ultra Deep Field“ (Campo ultra profondo di Hubble).
Questa è l’immagine più profonda finora ottenuta dell’universo.
Racchiude un piccolo angolino di cielo, che noi vediamo completamente vuoto. Ma nello spazio nero tra una stella e l’altra, ingrandendo di migliaia di volte, ci viene offerto un panorama incredibile.
il punto più lontano a cui l’uomo abbia mai guardato.
Si è scoperto che in quel piccolo angolino di cielo sono racchiuse qualcosa come cinquemila galassie.
Guardiamo assieme questa straordinaria immagine e concentriamoci sui puntini più piccoli.
I puntini più piccoli e meno luminosi che appaiono (appena visibili) nell’immagine, sono le galassie più lontane che noi conosciamo, e sono distanti qualcosa come dodici/tredici miliardi di anni luce.
Ne consegue, che noi stiamo vedendo quelle galassie, non come sono adesso, ma come erano 12/13 miliardi di anni fa.
Com’era l’universo?
Qui arriva la maestria degli astrofisici, i quali, grazie all’importantissima immagine dell’universo che Hubble ha scattato e prendendo come riferimento statistico l’insieme di queste galassie lontanissime, hanno potuto stabilire la loro età.
Andando più lontano con l’osservazione abbiamo la possibilità di andare sempre più indietro nel tempo, ricostruendo la storia dell’universo.
Ora, grazie alla luce emessa da queste costellazioni, sappiamo che l’universo era ben diverso da come è oggi. Sappiamo con certezza che l’universo muta nel tempo. La bellezza dell’universo sta quindi anche nel suo essere dinamico, in costante mutamento, come un fiore che sboccia e si apre, si dilata.
Un universo che cresce e si espande
Già alla fine del 1920, si è scoperto, ad esempio, che la distanza tra le galassie (come se non fosse già abbastanza grande) aumenta in modo costante, e cresce nel tempo in modo regolare ed uniforme.
Possiamo perfino misurare questa espansione dello spazio. E potendola misurare, possiamo anche calcolare quanto tempo l’universo ci ha messo a diventare quello che è oggi.
Quanto tempo fa l’universo era come un bocciolo di quel fiore che oggi è diventato?
I calcoli oggi ci dicono che 14 miliardi di anni fa l’universo aveva una densità molto più grande, e anche una temperatura molto più elevata.
Qui viene il bello! Con la foto di Hubble abbiamo scoperto che certe galassie ci riportano la luce di 12/23 miliardi di anni fa. Abbiamo anche detto che l’universo, circa 14 miliardi di anni fa era un bocciolo, allora, guardando la luce di quelle galassie, è come se guardassimo i primi petali del grande fiore dell’universo che cominciano a sbocciare.
La luce di quelle galassie è partita “solo” un miliardo di anni dopo quel momento iniziale.
Esiste qualcosa di ancora più lontano?
Esiste una luce che ci arrivi da una regione dello spazio ancora più profonda? una luce che ci porti ancora più vicino a quell’inizio?
La risposta è SI!
La missione Plank, un satellite dell’ESA di cui un italiano, il professor Marco Bersanelli (che ho avuto modo di conoscere molti anni fa) è uno tra i maggiori responsabili, ha proprio questo scopo, il “vedere” la prima luce dell’universo, e tratteggiarne le caratteristiche con precisione.
Da dove viene questa luce cosi vicina al momento iniziale dell’universo?
Vi ricordate di quando abbiamo parlato del “fondo nero del Cielo”? Ebbene, da ogni punto nero del cielo, noi riceviamo una debolissima ma persistente energia luminosa, posizionata nella regione delle microonde.
La scoperta venne predetta da George Gamow nel 1948, e poi scoperta Nel 1963, circa 20 anni dopo, da due Ingegneri, che facevano delle misure su un’antenna, i quali notarono che per loro era impossibile eliminare una componente di rumore.
I loro nomi erano Arno Penzias e Robert Wilson, ovvero coloro che trovarono “casualmente” il rumore cosmico di fondo.
Era un segnale che arrivava da tutte le regioni del cielo. Ci misero mesi ad accettare che non si trattava di un “disturbo”, ma di un segnale reale, e la scoperta fu poi riconosciuta solo nel 1964, dopo che furono effettuate misure più accurate.
Quattordici miliardi di anni fa
Era la prima luce dell’universo, che ci arriva da tutte le zone del cielo e che rimanda a quell’evento iniziale avvenuto quattordici miliardi ai anni fa.
Quando la temperatura dell’universo era migliaia di gradi, e nemmeno gli atomi stavano insieme, e l’universo era un plasma in cui la materia e la radiazione (la luce) erano mescolati insieme.
Quella luce ci porta un’immagine primordiale dell’universo.
Proviamo a guardare questa immagine… di cui mi scuso per la pessima qualità, ma che ho rubato durante una conferenza di Bersanelli su youtube, spero non si arrabbi.
Si, quella li in mezzo è la terra, ma non preoccupatevi, non siamo tornati indietro nel tempo e non abbiamo sposato nuovamente le idee di Tolomeo o di Aristotele, in cui la terra è al centro dell’universo.
Stiamo semplicemente guardando l’universo partendo dal nostro punto di osservazione, che è ovviamente il nostro pianeta.
Luce prima luce del cosmo è in ogni direzione
in ogni direzione in cui noi guardiamo, indipendentemente, dal punto di osservazione, quello che vediamo è un universo in cui vedo prima le galassie più “giovani”, cioè quelle più vicine a noi, per andare verso l’esterno andando verso un passato dove tutt’intorno l’universo è sempre più compresso e sempre più denso e sempre più caldo.
L’universo è denso fino al punto in cui l’universo diventa opaco, esattamente come succede per la fotosfera del sole.
Ebbene, da quella fotosfera cosmica, oggi riceviamo quella luce che oggi riconosciamo nella zona delle microonde, e che ci fornisce un’immagine precisa di come era l’universo quattordici miliardi di anni fa, ancora prima che si formassero le stelle e le galassie.
Siamo circondati da una grande fotosfera cosmica
Più osserviamo la galassia a grande distanza, e più possiamo comprendere com’era indietro nel tempo. Siamo partiti dalla terra, ma da qualunque parte dell’universo guardassimo vedremmo grosso modo la stessa cosa.
Se ci fossero altri esseri viventi in qualsiasi altra galassia nell’universo, non sapremmo nulla di loro, ma con certezza possiamo dire che essi avrebbero la la stessa scena cosmica che abbiamo noi.
Un vero e proprio spaccato della storia dell’universo. Si è potuto stimare con grande precisione il momento in cui dopo il Big Bang, l’universo ha cominciato a diventare meno caldo, e meno denso, e di fatto è diventato trasparente. Un’età che si aggira intorno a trecentoottantamila anni.
Il fondo cosmico di microonde ci mostra quindi l’universo di quando la sua età era lo 0,003% dell’età attuale. E’ come se facendo una foto ad una persona (che magari ha i capelli bianchi) la vedessimo come era dopo poche ore di vita.
